JP3466327B2 - 無方向性高周波数超音波ワイヤボンダ - Google Patents

無方向性高周波数超音波ワイヤボンダ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路（ＩＣ）の接
続配線に応用される無方向性高周波数超音波ワイヤボン
ダに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体用ワイヤボンダとしては共
振周波数60KHz の超音波ワイヤボンダが公知である。
【０００３】その内容は、共振周波数60KHz の縦振動の
0.5 波長の長さの円錐状ホーン先端に設置した溶接チッ
プが、同円錐状ホーンの縦振動で駆動されて曲げ振動を
誘起し、同溶接チップ先端のワイヤと接合面に沿った方
向に超音波ワイヤボンディングを実施するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、従来の技
術によっては、ワイヤの長さ方向に沿ったワイヤボンデ
ィングが不可欠なため、溶接チップ及び円錐ホーンの振
動方向とワイヤ長さ方向が同一方向となるように位置合
せする必要があった。このため、ワイヤボンディング時
間に機械的な位置合せ時間が加算されて長時間となり、
作業効率が低下するので、溶接チップの振動方向に影響
を受けない無方向性ワイヤボンダが切望されていた。
【０００５】本発明は、単一振動モードの曲げ振動溶接
チップを用いた無方向性超音波ワイヤボンダを提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、超音波周波数
を従来周波数（60KHz)のほぼ6 倍以上の高周波数で共振
する超音波ホーンを使用すると、ワイヤの長さ方向に影
響されないワイヤボンディングを実現可能なことを見出
してなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子と溶接チッ
プからなる超音波ワイヤボンダにおいて、超音波振動子
共振周波数を３３０ＫＨｚ以上、６０１ＫＨｚ以下の範
囲から選んだ値に設定したものである。
【０００８】請求項２に記載の本発明は、請求項１に記
載の本発明において更に、ボルト締めランジュバン型超
音波振動子の背面体の直径及び長さをそれぞれ縦振動の
波長の0.5 以上の円柱構造とし、前面体の大端面直径及
び高さをそれぞれ縦振動の波長の0.5 以上の円錐構造と
したものである。
【０００９】
【作用】周波数330KHz以上の高周波数ボルト締めランジ
ュバン型超音波振動子に超音波発振器（図示せず）から
の電気信号を印加すると、同振動子は電気信号を音響振
動に変換して共振し、振動子の前面体を形成する超音波
ホーンは、縦方向の高周波数超音波振動でホーン先端の
溶接チップを励振する。これによって溶接チップは曲げ
振動を誘起し、同チップ先端のワイヤを高周波振動で加
振する。ワイヤは被溶接物と加圧状態の下に高周波数で
こすり合わされ、無方向性ボンディングが達成される。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明の原理を図２に示す。同図は直径0.1mm の
アルミニウムワイヤを板厚 1mmの銅板に加圧力300grfで
ワイヤボンディングした場合の超音波共振周波数と溶接
強度の関係図で、Ａ１〜Ａ５はワイヤ長さ方向と超音波
ホーンとの角度でそれぞれ 0°、30°、45°、60°、90
°である。図２の点Ａ６は全ての角度で溶接強度が母材
強度の80％となる振動子共振周波数である。
【００１１】図２から振動子共振周波数を点Ａ６の330K
Hz以上に選ぶと、全ての角度において溶接強度が母材強
度の80％以上となり無方向性ボンダが実現できる。
【００１２】共振周波数330KHz以上のボルト締めランジ
ュバン型超音波振動子の一実施例を図１に示す。同図は
共振周波数600KHzの高周波数超音波振動子の側面図と各
部の振動モードで、１は電歪素子、２及び３は電歪素子
１のそれぞれ背面体及び前面体で、１、２及び３は１軸
構造のボルト締めランジュバン型超音波振動子（締結ボ
ルトは図示せず）を構成している。図１で４は振動子支
持用フランジ、５は加圧機構８により加圧された溶接チ
ップ、６はボンディングワイヤ、７は被溶接物、９は溶
接用受け台、１０及び１１はそれぞれランジュバン型超
音波振動子の縦振動モード及び溶接チップの曲げ振動モ
ードを示す。
【００１３】図１で背面体２の直径と長さを縦振動波長
のそれぞれ0.65及び1.5 のアルミニウム製の円柱構造、
前面体３の大端面直径と高さを縦振動波長のそれぞれ0.
65及び1.5 のステンレス鋼製の円錐状超音波ホーン構造
とし、電歪素子を縦振動半波長厚さのＰＺＴとする。
【００１４】溶接チップ５は、５次の自由−自由曲げ振
動をする直径 1mmのステンレス鋼製の棒で中央の振動ル
ープ部を超音波ホーンによって縦振動駆動する。この場
合の超音波振動子共振周波数は601KHzとなった。
【００１５】本発明の効果は図２より明らかなように、
全方向に亙って溶接強度が母材強度の80％以上となり、
ワイヤの長さ方向と超音波ホーンの方向を合致すること
を必要としない無方向性超音波ワイヤボンダが可能とな
る。
【００１６】更に、高周波数超音波ワイヤボンダは従来
のワイヤボンダ（60KHz ）に比較してチップ先端振動振
幅が1/30程度となるため、被溶接物に与える衝撃力が僅
少で、信頼性の高いボンディングが可能となる。
【００１７】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
高効率、高信頼性の無方向性超音波ワイヤボンダを提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の無方向性高周波数超音波ワイヤ
ボンダと各部の振動モードを示す模式図である。
【図２】図２は本発明の原理を示す線図である。
【符号の説明】
１ 電歪振動子 ２ 背面体 ３ 前面体（超音波ホーン） ４ 溶接チップ ６ ボンディングワイヤ ７ 被溶接物 １０ 超音波振動子縦振動モード １１ 溶接チップ曲げ振動モード

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ボルト締めランジュバン型超音波振動子
    と溶接チップからなる超音波ワイヤボンダにおいて、 超音波振動子共振周波数を３３０ＫＨｚ以上、６０１Ｋ
    Ｈｚ以下の範囲から選んだ値に設定したことを特徴とす
    る無方向性高周波数超音波ワイヤボンダ。
  2. 【請求項２】 ボルト締めランジュバン型超音波振動子
    の背面体の直径及び長さをそれぞれ縦振動の波長の０．
    ５以上の円柱構造とし、前面体の大端面直径及び高さを
    それぞれ縦振動の波長の０．５以上の円錐構造としたこ
    とを特徴とする請求項１記載の無方向性高周波数超音波
    ワイヤボンダ。
JP12566395A 1995-04-27 1995-04-27 無方向性高周波数超音波ワイヤボンダ Expired - Lifetime JP3466327B2 (ja)

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